WO2004113009A2 - Procedimiento de soldadura de aluminio - Google Patents

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    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof

Definitions

  • the present invention refers, as its own title indicates, to a welding method directly applicable to energy conduits in the form of pipes made of aluminum material by making a weld bead that does not present discontinuities in the material, avoiding energy losses and warm ups.
  • the procedure is based on the combination of using the suitable gas for the protection of the voltaic arc, the material of contribution and the backrest 5, adding to all this a final pass, known as "combing", executed with high frequency TIG system without contribution material and in descending vertical. With all this a weld free of roughness or porosity is obtained.
  • Aluminum pipes whose welding is the subject of the invention will carry electric current and gas.
  • the importance of a correct or weld is reflected both in the good union of the bevels in the root and in the past of filling and the bead of the outer weld and in a strict control of the temperature of the pipe to be welded.
  • the outer surface must have a correct finish.
  • TIG welding and semiautomatic welding have been selected for the present study. While the last mode can be used both in ascending.
  • the gases are responsible for maintaining the arc and the existing gases have been selected to study the Argon and the mixture of Argon and Helium by combining their percentages appropriately.
  • Contribution material Among the existing combinations for the contribution material, the following have been selected, a combination of Aluminum and Magnesium and a combination of Aluminum and Silicon.
  • the backups selected for the trials have been of the same base material.
  • the object of the invention is to achieve welding joints in which porosities and roughnesses that cause energy losses and heating are avoided. It is another object of the invention to place a backup ring to prevent particles from reaching the inside of the tube in possible repairs. Likewise, it is another object of the invention to determine a suitable welding procedure in which it combines the type of welding with the suitable gas to maintain the arc, the contribution material and the use of a backing ring, adding to the aforementioned process a final pass, once the welding process with the high frequency TIG system is finished, this final pass being the one that cleans the outer welding bead eliminating porosities.
  • Figure 1 represents the welding of a conduit using a support of the same material (backup ring).
  • the welding procedure achieved is determined after the exhaustive analysis of the procedures previously used, the use of certain gases at different percentages, the contribution material used, the existing backups and studied in combination with the previous elements and the base material used . With all this, a series of analytical examples are determined, which concludes with an assessment carried out on the said procedure. Among all the tests carried out, specific characteristics emerge, considered as the most optimal and included in the claims.
  • Example 7 Using the semi-automatic ascending welding procedure, with the 30% Argon and 70% Argon mixed gas, using AISi 5 input material, with a ring backing made of the same material as the base material and With a base material of AISi 5, good results are obtained in the welding bead.
  • the conduit object of the invention faces its sides represented in the slightly beveled drawing and, on a support or backing ring (1) made in the same material as 0 the pipe and which prevents When the welding brush or particles are inserted, these are introduced inside and can cause a voltage arc due to the energy flowing through the conduction.
  • the final pass (3) is applied, which will be the one that ends the welding process by leaving the pipe free of any roughness or porosity, said final pass or "combing" is carried out with TIG system by high frequency rectifier or without input material and in descending vertical.
  • the high frequency rectifier uses a pulsed arc, whose pulse is given by the superposition of two currents: a peak and a base.
  • the sweeps required for proper use in the case of the welding of aluminum pipes give us a range of between 100 and 250 amps for the peak current and between 40 and 100 amps for the base current. Other combinations would require that if the peak current increases, the background current should be raised so as not to damage the weld.
  • Another determining and controlled parameter is the temperature of the pipe being welded, although the range can vary between approximately 40 ° C and 180 ° C, it is used as the most suitable temperature 90 ° C. Other temperatures are not the most suitable and if it falls below 40 ° C, the quality of the weld would be altered, and it could produce porosity, breakage, hardening, etc.

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Abstract

Procedimiento de soldadura de aluminio para conducciones energéticas tipo tubería, caracterizada por combinar la utilización de soldadura semiautomática en vertical ascendente, con un gas obtenido de la mezcla de Argón y Helio en porcentajes que oscilan entre el 20% y el 80%, utilizando un material de aportación en hilo compuesto por Aluminio y Magnesio, utilizando como respaldo en el interior del tubo como soporte de la unión tipo anillo realizado en el mismo material que el material base o bien sin respaldo y con el acompañamiento de cualquiera de los siguientes materiales base: aluminio y magnesio; aluminio y silicio; aluminio, silicio, magnesio y manganeso. Una vez realizada la soldadura se procede a dar una pasada final o “peinada” final en vertical descendente con el sistema TIG mediante rectificador de alta frecuencia y sin aportación de material, con lo que se obtiene un acabado libre de porosidad y rugosidad.

Description

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA DE ALUMINIO.
5 Objeto de la invención.
La presente invención se refiere, como su propio título indica, a un método de soldadura directamente aplicable a conducciones energéticas en forma de tuberías realizadas en material de aluminio realizando un cordón de o soldadura que no presente discontinuidades en el material, evitando pérdidas de energía y calentamientos.
El procedimiento se basa en la combinación de utilizar el gas adecuado para la protección del arco voltaico, del material de aportación y del respaldo 5 practicado, añadiendo a todo ello una pasada final, conocido como "peinado", ejecutado con sistema TIG de alta frecuencia sin material de aportación y en vertical descendente. Con todo ello se obtiene una soldadura libre de rugosidades o porosidades.
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El uso de soldadura para conducciones energéticas sigue procedimientos comunes y suele desarrollarse a la salida de los turbinas generadoras existentes en las centrales eléctricas, bien sean dichas centrales nucleares o 5 bien serán térmicas. Normalmente estos procesos de soldadura se efectúan en las tuberías eléctricas.
Las tuberías de aluminio cuya soldadura es objeto de la invención transportarán corriente eléctrica y gas. La importancia de una correcta o soldadura se refleja tanto en la buena unión de los biseles en la raíz como en las pasadas de relleno y el cordón de la soldadura exterior y como en un estricto control de la temperatura de la tubería a soldar. La superficie exterior debe presentar un correcto acabado.
5 Existen procedimientos para soldar este tipo de conducciones. El proceso realizado mediante soldadura Tig aportando material base con varilla, es un proceso muy lento pero muy seguro que proporciona una buena calidad. También se aplica la tecnología de la soldadura con máquinas automáticas. La actuación de este tipo de máquinas suele ser limitada ya que es necesario girar los tubos para poder obtener un cordón final que sea homogéneo. Por ello el proceso se vuelve complejo y muy costoso.
Con el objeto de subsanar eficazmente las carencias que presentan los procedimientos existentes en la actualidad, se ha desarrollado el procedimiento de soldadura de tubería de aluminio con semiautomática, objeto de la presente invención. Con el presente procedimiento se abaratan costes y se simplifica el proceso automático.
Descripción de la invención.
Dentro de los procedimientos de soldadura existentes se han seleccionado, para el presente estudio, la soldadura TIG y la soldadura en semiautomático. Si bien la última modalidad puede utilizarse tanto en ascendente.
Los gases son los responsables de mantener el arco voltaico y de los gases existentes se han seleccionado para ser estudiados el Argón y la mezcla de Argón y Helio combinando sus porcentajes de manera adecuada.
Material de aportación: De entre las combinaciones existentes para el material de aportación se han seleccionado las siguientes, una combinación de Aluminio y Magnesio y una combinación de Aluminio y Silicio.
Los respaldos seleccionados para los ensayos han sido del mismo material base.
El objeto de la invención es lograr juntas de soldadura en las que se evita porosidades y rugosidades que causan perdidas de energía y calentamiento. Es otro objeto de la invención colocar un anillo de respaldo para evitar que partículas lleguen al interior del tubo en posibles reparaciones. Así mismo, es otro objeto de la invención determinar un procedimiento de soldadura adecuado en el que combine el tipo de soldadura con el gas adecuado para mantener el arco voltaico, el material de aportación y el uso de anillo de respaldo, añadiendo al citado proceso una pasada final, una vez finalizado el proceso de soldadura con el sistema TIG de alta frecuencia, siendo esta pasada final la que sanea el cordón de soldadura exterior eliminando porosidades.
Breve descripción de los dibujos
Para la mejor compresión de cuanto queda descrito en la presente memoria se acompaña un dibujo en el que se representa un caso práctico de realización de la soldadura de tuberías de aluminio.
La figura 1 representa la soldadura de una conducción utilizando un soporte del mismo material (anillo de respaldo).
Descripción detallada de un modo de realización de la invención.
El procedimiento de soldadura logrado se determina tras el exhaustivo análisis de los procedimientos utilizados con anterioridad, el uso de unos determinados gases a distintos porcentajes, el material de aportación utilizado, los respaldos existentes y estudiados en combinación con los elementos anteriores y el material base utilizado. Con todo ello se determinan una serie de ejemplos analíticos donde se finaliza con una valoración realizada sobre el citado procedimiento. De entre todos los ensayos realizados se desprenden unas características específicas, consideradas como las más óptimas y recogidas en las reivindicaciones.
Todos los ejemplos que se detallan a continuación son de aplicación a la soldadura aplicada en tuberías de aluminio.
Ejemplo 1.
Utilizando el procedimiento de soldadura Tig en ascendente, añadiéndole gas Argón al 99%, con un material de aporte en forma de varilla de aluminio AI1002, sin la utilización de respaldo y con la aportación de material base AISi 4,5 o ALSiMgMn, se obtiene una buena calidad en la soldadura pero el procedimiento es muy lento y no se alcanzan los niveles de rendimiento deseados.
Ejemplo 2.
Usando el procedimiento de soldadura semiautomático en ascendente, con el gas Argón al 99%, utilizando de material de aportación AIMg 5, con un respaldo de anillo realizado en el mismo material que el material base y con un material base de AIMg 5, se obtiene porosidad en todo el cordón de soldadura quedando imperfecciones.
Ejemplo 3.
Usando el procedimiento de soldadura semiautomático en ascendente, con el gas Argón al 99%, utilizando de material de aportación AISi 5, con un respaldo de anillo realizado en el mismo material que el material base y con un material base de AISi 5, se obtiene porosidad en todo el cordón de soldadura.
Ejemplo 4.
Usando el procedimiento de soldadura semiautomático en ascendente, con el gas mezcla de Argón al 60% y Helio al 40%, utilizando de material de aportación AIMg 5, con un respaldo de anillo realizado en el mismo material que el material base y con un material base de AIMg 5, se obtiene porosidad en algunos de los sectores del cordón de soldadura.
Ejemplo 5.
Usando el procedimiento de soldadura semiautomáíico en ascendente, con el gas mezcla de Argón al 60% y Helio al 40%, utilizando de material de aportación AISi 5, con un respaldo de anillo realizado en el mismo material que el material base y con un material base de AISi 5, de nuevo se obtiene porosidad en algunos de los sectores del cordón de soldadura.
Ejemplo 6.
Utilizando el procedimiento de soldadura semiautomático en ascendente, con el gas mezcla de Argón al 30% y Helio al 70%, utilizando de material de aportación AIMg 5, con un respaldo de anillo realizado en el mismo material que el material base y con un material base de AIMg 5, se obtienen buenos resultados en el cordón de soldadura.
Ejemplo 7. Utilizando el procedimiento de soldadura semiautomático en ascendente, con el gas mezcla de Argón al 30% y Helio al 70%, utilizando de material de aportación AISi 5, con un respaldo de anillo realizado en el mismo material que el material base y con un material base de AISi 5, se obtienen buenos resultados en el cordón de soldadura.
Ejemplo 8.
Utilizando el procedimiento de soldadura semiautomático en ascendente, con el gas mezcla de Argón al 30% y Helio al 70%, utilizando de material de aportación AIMg 5, con un respaldo de anillo realizado en el mismo material que el material base y con un material base de AISiMgMn, se obtienen buenos resultados en el cordón de soldadura.
Ejemplo 9.
Usando el procedimiento de soldadura semiautomático en posición girando el tubo, con el gas mezcla de Argón al 30% y Helio al 70%, utilizando de material de aportación AIMg 5, sin la utilización de respaldo y con un material base de AISi gMn, se obtienen buenos resultados en el cordón de soldadura pero aparecen faltas de fusión.
Ejemplo 10.
Utilizando el procedimiento de soldadura semiauíomático en ascendente, con el gas mezcla de Argón al 30% y Helio al 70%, utilizando de material de aportación AIMg 5, con un respaldo de cobre y con un material base de AISiMgMn, se obtienen faltas de fusión y mordeduras en la raíz del cordón de soldadura.
Ejemplo 11.
Utilizando el procedimiento de soldadura semiautomático en ascendente, con el gas mezcla de Argón al 30% y Helio al 70%, utilizando de material de aportación AIMg 5, con un respaldo alsicro H160 y con un material base de AISiMgMn, se obtienen buenos resultados en el cordón de soldadura.
Hasta aquí se detallan las distintas realizaciones prácticas analizadas y las conclusiones obtenidas en cada caso. A continuación se describe el 5 proceso de soldadura en base a la figura que se adjunta.
Tal y como se muestra en la figura 1 , la conducción objeto de la invención enfrenta sus lados representados en el dibujo ligeramente biselados y, sobre un soporte o anillo de respaldo (1 ) realizado en el mismo material que 0 la tubería y que impide que al calar la broza o partículas de la soldadura, estas se introduzcan en el interior pudiendo provocar un arco voltaico debido a la energía que circula por la conducción. En la primera pasada (2) se funden totalmente los talones de las bocas en vertical ascendente con el anillo de respaldo (1) a continuación, y hasta la capa final, se realizan las diferentes 5 pasadas (2) también en vertical ascendente utilizando rectificador de arco pulsado. Una vez finalizado el proceso de soldadura, se procede a la aplicación de la pasada final (3), que será la que remate el proceso de soldadura al dejar la tubería libre de cualquier rugosidad o porosidad, dicha pasada final o "peinado" se realiza con sistema TIG mediante rectificador de alta frecuencia o sin material de aportación y en vertical descendente.
El equipo rectificador de alta frecuencia utiliza un arco pulsado, cuyo pulso viene dado por la superposición de dos corrientes: una de pico y una de base. Los barremos requeridos para una correcta utilización en el caso de la 5 soldadura de tuberías de aluminio nos arrojan una gama de entre 100 y 250 amperios para la corriente de pico y de entre 40 y 100 amperios para la corriente de base. Otras combinaciones obligarían a que si aumentara la corriente de pico se debería elevar la de fondo para no dañar la soldadura.
o Otro parámetro determinante y controlado es la temperatura del tubo que se está soldando, aunque la gama puede variar entre los 40 ° C y los 180° C aproximadamente, se utiliza como temperatura más adecuada 90° C. Otras temperaturas no son las más adecuadas y si se baja de los 40 ° C se alteraría la calidad de la soldadura, pudiendo producir porosidad, rotura, endurecimiento 5 etc.. Los expertos en la técnica comprenderán que se pueden introducir modificaciones en el modo de realización descrito, sin separarse de la esencialidad de la invención. Además la invención es susceptible de combinarse con otros perfeccionamientos, por ello deberá estarse al tenor de las reivindicaciones mas que a la descripción que antecede para definir el alcance de la invención.

Claims

Reivindicaciones.
1.- Procedimiento de soldadura de aluminio por pasadas múltiples - una primera de raíz y otras de relleno-, aplicable a conducciones eléctricas o de 5 gas tipo tuberías y realizado mediante soldadura con semiautomática simplificando el proceso automático, que comprende al menos: a) Para las primeras pasadas:
- un rectificador de arco pulsado,
- un devanador, 0 - una pistola de soldadura,
- un anillo de respaldo,
- mezcla entre el 20% y el 80% de Argón y Helio,
- material de aportación; y 5 b) para la capa final o "peinado":
- SISTEM TIG de alta frecuencia con gas Argón al 99.9%; caracterizado porque tras practicar el proceso de soldadura más conveniente de los todos los estudiados se realiza una pasada final en vertical descendente, con el sistema TIG y rectificador de alta frecuencia y protegiendo el arco 0 voltaico con gas Argón al 99,9% y sin material de aportación eliminando porosidades e irregularidades.
2.- Procedimiento de soldadura de aluminio, según reivindicación 1 a, caracterizado porque el citado procedimiento en sus primeras pasadas viene 5 dado por la combinación de una serie de elementos como son: el tipo de soldadura aplicado, los gases utilizados, el material de aportación que acompaña, el tipo de respaldo utilizado y el material base y donde el procedimiento está compuesto por la utilización de soldadura semiautomática en ascendente, con el gas mezcla entre el 20% y el 80% indistintamente de o Argón y Helio, utilizando el material de aportación adecuado para la tubería a soldar, con un respaldo tipo anillo realizado en el mismo material que el material base y con el acompañamiento de cualquiera de los materiales base utilizados en los ensayos.
5 3.- Procedimiento de soldadura de aluminio, según reivindicación 1 a, caracterizado por utilizar en las primeras pasadas soldadura semiautomática en ascendente, con gas mezcla entre el 20% y el 80% indistintamente de Argón y Helio, utilizando de material de aportación AIMg 5, con un respaldo tipo anillo realizado en el mismo material que el material base y con el acompañamiento 5 de AIMg 4,5 de material base.
4.- Procedimiento de soldadura de aluminio, según reivindicación 1 a, caracterizado por utilizar soldadura semiautomática en ascendente, con el gas mezcla entre el 20% y el 80% indistintamente de Argón y Helio, utilizando de i o material de aportación AIMg 5, con un respaldo tipo anillo realizado en el mismo material que el material base y con el acompañamiento de AISi 4,5 de material base.
5.- Procedimiento de soldadura de aluminio, según reivindicación 1 a, 15 caracterizado por utilizar soldadura semiautomática en ascendente, con el gas mezcla entre el 20% y el 80% indistintamente de Argón y Helio, utilizando de material de aportación AIMg 5, con un respaldo tipo anillo realizado en el mismo material que el material base y con el acompañamiento de AISiMgMn de material base.
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6.- Procedimiento de soldadura de-aluminio, según reivindicación 1 a, caracterizado por utilizar soldadura semiautomática en ascendente, con el gas mezcla entre el 20% y el 80% indistintamente de Argón y Helio, utilizando de material de aportación AliWíg 5, con un respaldo de alsicro H160 y con el
25 acompañamiento de AISiMgMn de material base.
7.- Procedimiento de soldadura de aluminio, según reivindicación 1 a, caracterizado porque el rango de temperatura de la tubería durante la soldadura debe estar comprendido entre un mínimo de 40 ° C y un máximo de 180 ° C.
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8.- Procedimiento de soldadura de aluminio, según reivindicación 1a, caracterizado porque el arco pulsado de equipo rectificador superpone dos corrientes una de pico y otra de base, estando comprendido el rango de la corriente de pico entre los 100 y los 250 amperios y en la corriente de base 5 entre los 40 y los 100 amperios.
9.- Procedimiento de soldadura de aluminio, según reivindicación 1 a, caracterizado porque bien con la utilización de anillo de respaldo o bien enfrentando las partes y manteniendo una distancia vertical (d) equivalente a A del espesor del tubo y saneando la soldadura por el interior del tubo tras realizar las primeras pasadas se realiza una capa final o "peinado" con sistema TIG mediante rectificador de alta frecuencia en vertical descendente y sin material de aportación.
1.0
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